JPS6281B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、酸化物またはその場で生成された酸
化物である原料物質から制御された大きさの粒子
の製造に関する。制御された範囲のサイズの酸化
物粒子は顔料、難燃剤などのような種々の用途に
必要である。先行技術の方法によるこれらの製造
は経済的に実行できないか品質の点で満足できる
ものではなかつた。 細かく粉砕された無機酸化物の物理的性質は、
与えられたサンプル中の粒子の、平均サイズおよ
び粒子サイズの範囲で顕著に変わる。酸化物の特
定の粒子サイズおよび粒子サイズの分布と関連す
る或る有用な性質は、必要な平均サイズもサイズ
分布も公知の方法を用いて達成されなかつたので
全く利用されなかつた。それ故、公知方法にかわ
つて、制御されたサイズの細かに粉砕された無機
の酸化物を安価に製造するための方法および装置
が必要である。 先行技術の一方法においては、金属塩のような
原料がプラズマ反応器中に、または排出焔中に導
入される。その原料は蒸発され、ついで急冷され
て、ある平均粒子サイズの酸化物が生成される。
しかしながら、非常にしばしば、平均サイズもサ
イズの範囲も、工業的に有用で価値のある生成物
を保証するのに十分なように制御することができ
なかつた。 本発明の方法および装置はプラズマ反応を使用
するが、用いられる独自な装置ならびに特定のプ
ロセスステツプの点で先行技術の方法および装置
とは本質的に異なる。酸化物からなる原料または
その場で酸化物を生成しうる物質からなる原料
が、特定のプロセス条件を賦課し、かつ保持する
ための室を含んでもよい反応域中のプラズマ環境
中に導入される。この原料は蒸発され、反応域か
らの生成流出物は選択的に、かつ制御されて急冷
され、希望の粒子サイズ特性をもつた特定の最終
製品が生成する。 圧力、温度、急冷速度および急冷場所のプロセ
ス変数をプラズマ反応器から流出する蒸発流出物
に関連して選択的に制御することにより、所定の
結果が得られる。本発明は酸化アンチモン、酸化
チタニウム、二酸化珪素、酸化ジルコニウム、酸
化鉄、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化スズ、
酸化タングステン、酸化銅、酸化ニツケルおよび
これらの合金に適用できる。 本発明の、記載された特定の態様は、上記の酸
化物に関するが、特定の粒子サイズをもつたその
他の酸化物もまた、原料の化学的および物理的性
質により支配される必要な固有のパラメーターが
考慮されるかぎり、本発明に従つて、こゝに開示
された装置を用いて製造される。種種の金属のハ
ライドもまたその場で酸化物を生成するために処
理されてもよい。そしてこの酸化物はミクロンま
たはミクロン以下の範囲で、制御されたサイズの
粒子に転化されうる。 それ故、本発明はミクロン以下のサイズを含む
制御された粒子サイズの微粒子物質の製造に関す
る。通常、原料は所望の製品に比して大きい平均
粒子サイズをもつている。 本発明の主目的は制御された平均粒子サイズと
制御された粒子サイズ分布とをもつ、微細酸化物
化合物を製造することである。 さらに本発明の目的は、微細固体物質の製造に
効率的にプラズマ反応を利用することである。 本発明のいま一つの目的は、選択的に制御され
た酸化物粒子を得るために、独自に配置されたプ
ラズマ反応域と特定の急冷装置の配列とを採用す
ることである。 なお、本発明のさらに特別な目的は、ミクロン
以下のサイズの酸化アンチモン粒子をプラズマ反
応と急冷法とにより製造することである。 一般に云えば、本発明は、反応域中に高温のプ
ラズマガス雰囲気を形成し、反応域に比較的粗い
粒子原料を導入してプラズマガスまたはその排出
焔（tail flame）と反応させて蒸発された原料、
プラズマガスおよび、原料の導入に用いた場合は
キヤリヤーガスを含む流出物を生成させることで
ある。反応域は減少する横断面をもつ第１反応室
および第１反応室からの出口よりも大きな均一な
横断面をもつ第２反応室を包含しうる。また反応
ガスは、全流出物が反応域から、予め定められた
平均粒子サイズと粒子サイズ分布とをもつ粒子を
生成させるように、制御された方法で急冷用ガス
が流出物に対して供給される急冷域中に入る前に
導入されてもよい。典型的には、原料の平均粒子
サイズは最終製品の所望サイズよりも大きい。最
終製品は原料よりも小さい平均粒子サイズのみな
らず、制限された粒子サイズ分布をもつ。 反応域と急冷域との間に圧力差を選択的に保持
し、急冷域に入る流出物に接近して急冷媒体を供
給し、急冷媒体の排出を流出物の排出に関連して
制御し、かつ急冷媒体の容積の、流出物の容積に
対する比を厳密に制御することにより、生成物の
平均粒子サイズおよび粒子サイズ分布は選択的に
保持され、かつ、調整されうる。流出物の容積に
対して急冷媒体の容積が増大すると平均排出粒子
サイズは減少する。急冷媒体排出手段に近づけら
れると、流出物との接触点における急冷媒体の有
効速度は増大され、急冷時間は減少されて平均粒
子サイズを減少させる傾向がある。 粒子サイズ分布の範囲は急冷媒体排出の制御に
よつて決定される。例えば、狭い範囲の粒子サイ
ズ分布は、可能なかぎり反応域からの全流出物を
同時に急冷することによつて達成される。粒子サ
イズの範囲は、流出物の排出からの急冷媒体の排
出の変位の増大または減少とともに、それぞれ増
大または減少する。 特別の例として、生成物処理速度および残りの
系変数を確定して、もし所望の生成物がミクロン
以下の範囲の平均粒子サイズをもち、かつ、でき
るだけ狭い粒子サイズ分布（すなわち、均一な粒
子サイズに近づく）をもつならば、急冷媒体は反
応域からの流出物に近接して排出されて有効速度
が増大し、かつ、流出物と急冷媒体とを密に、乱
流として混合する。また、急冷媒体の容積は、可
能な短時間において流出物の全てを急冷するに十
分であるだろう。 本発明の実施のための好ましい系は、プラズマ
環境を生成させるためのプラズマ発生機および原
料の連絡入口を含む。減少する横断面をもつ第１
反応室がプラズマ発生機に連結される。すなわ
ち、第１反応室の入口、すなわち、プラズマ発生
機端は出口端よりも大きな横断面積をもつてい
る。出口端はそれよりも大きな、一定の横断面を
もつ第２反応室に連結される。第２反応施は周囲
の急冷室と連絡する放射状に配置された出口をも
つている。 急冷域の中の１または２以上の環状の急冷器が
第２反応室を取り巻いている。環状の急冷器から
の急冷ガスは、排出される流出物の流路に対して
垂直か、直接に向流か、またはこれらの両方向で
流路に沿つて、第２反応室の出口を通つて、排出
される流出物に向けられる。急冷操作によつて生
成される、選ばれたサイズの酸化物粒子は捕集室
中に蓄積される。 本発明の実施のための適当な装置および若干の
例が添付図面を参照して以下に記載される。 第１図は本発明の全プロセスの好ましい実施態
様を示すブロツクダイヤグラムである。 適当な冷却装置２０１を備えたプラズマアーク
発生器２００は、DC電源２０２によつて動力が
供給され、ガス源２０４から窒素スタビライザー
ガスが供給される。スタビライザーガスはプラズ
マアーク発生機２００中で、プラズマにより加熱
される。プラズマアーク発生機からの生成テール
焔は、入口およびせばめられた出口を有する頂部
反応器２０８中に向けられる。比較的粗大な酸化
物原料が原料源２０６から入口に供給される。も
し微粒子の形をしているならば、原料はキヤリヤ
ー源２１０からの流体キヤリヤーにより運搬され
てもよい。 原料の実質的に完全な蒸発は頂部反応器２０８
において起こり、そして流出物はせばめられた出
口を通つて底部反応器２１２へ流れる。頂部反応
器２０８で蒸発しなかつた原料は底部反応器２１
２で蒸発される。酸化器２１４は、化学量論的関
係を保つのに必要ならば、底部反応器に酸化剤を
供給する。底部反応器からの流出物は急冷域２１
６に送られる。急冷域２１６には急冷源２１７か
ら急冷用ガスが供給される。このようにして凝縮
された流出物中の蒸発された原料は、まず急冷域
２１６から集められ、残りの流出物はフイルター
２１８に通され、こゝからさらに生成物が集めら
れる。フイルター２１８からの排出ガスはスクラ
ツパー２２０を通つて排出される。 第２図には、その具体例では微粒子からなる原
料を供給するためのフイーダー２が示されてい
る。フイーダー２は、キヤリヤーガス、この例で
は空気、が圧力下に供給されるキヤリヤーガスラ
イン４と連結して作動している。供給ガスは、
個々の微粒子からなる原料、こゝでは例えば平均
サイズ５ミクロンの酸化アンチモンの不均一サイ
ズの粒子を慣用のプラズマアーク発生機６により
発生せしめられたテール焔中に運ぶ。プラズマ発
生機６はスタビライザー入口８、カソード１０お
よびアノード１２を含む。プラズマ発生器は、通
常、入口２２から出口２４へと水が流れる冷却コ
イルにより冷却される。 発生機６の下に、急冷室１８と連結している少
なくとも１個の出口ポート１６を有する反応域１
４が位置する。急冷室１８の頂部に急冷リング
（示されていない）から急冷用ガス供給装置２８
への連結されるマニホルド２６が位置する。 導管２０は急冷室１８の底部に連結され、反応
生成物およびガスを搬出する。導管２０は慣用の
手段で水冷され、バグハウスすなわちフイルター
アセンブリー３２に導かれる。フイルターアセン
ブリー３２は、空気のようなパージガスが入口３
４を経由して導入され、はぎとられた固体の生成
物は出口３６を通して回収される。バグハウス３
２から、導管３８によりガスがスクラツパー４０
中に導かれ、こゝからきれいなガスが導管４２を
経て回収される。第２の出口４４はスクラツピン
グ溶液の返還のためのスクラツピング溶液タンク
４６へ導かれる。スクラツピング溶液はポンプお
よび導管４８によりスクラツパー４０に返還され
る。こゝに記載されたのは本発明の実施に有用な
一つの綜合的なシステムである。 第３図は本発明の好ましい実施態様の主要構成
要素の部分図である。慣用のプラズマ反応器ヘツ
ド５２の下部が、原料およびキヤリヤー入口ポー
ト５６と交差するプラズマアーク流中央通路５４
を有するものとして示されている。原料、キヤリ
ヤーおよびプラズマテール焔は連結する上部反応
器５８中に排出される。この反応器５８は入口６
０から出口６２に減少する一般的な截頂円錐形の
内面をもつている。 上部反応器５８は外部のステインレススチール
ハウジング６４と、例えば、アルミナからなる耐
火性のライナー６６からなる。上部反応室は下部
反応室６８の上に、それと連結されて位置する。
下部反応器はステインレススチールハウジング７
０および内部の耐火性ライナー７２を含めて上部
反応器５８と同一または同様の材料で構成されて
いる。下部反応器６８は、下部反応器６８の室中
へ導入されてもよい、酸素のようなガスの供給管
に連結される。 下部反応器６８の底に隣接して複数のスラツグ
排出孔７８が、７６におけるように反応器の壁に
設けられる。排出孔は上向きにスラツグ捕集器８
０に導かれる。スラツグ捕集器８０は反応器６８
を取り囲こみ、反応室中で生成するスラツグおよ
びその他の廃棄物の貯蔵所としての役割をする。 同様に配置された放射状排出ポート８２は下部
反応器６８の壁をとおして設けられ、急冷域８４
へ導かれる。急冷域８４は、上部および下部反応
器を取り巻く、ステインレススチール製であつて
もよい一般的な円錐状のシエルによつて形成され
る。広いフランジ８６は急冷室の頂部の壁を形成
し、その壁に、開口が、同心的に急冷リング８８
および９０に連結されるマニホルド２６に適合す
るように設けられる。 空気のような急冷ガスがマニホルド２６をとお
つて急冷リング８８および９０に供給される。間
隔をおいて配置されたオリフイス９２が急冷リン
グ８８に設けられ、これらは、例えば、流出物が
反応室から流出するための下部反応室排出ポート
８２の全ての方向において急冷ガスを放射状に内
方に向けるように配置されうる。急冷リング９０
は、こゝでは間隔をおいて設けられたオリフイス
９４が、排出ポート８４から排出される流出物と
おゝむね直交する方向に急冷ガスを向けるように
配置されているものとして示されている。 急冷リングのサイズ、数および間隔並びに出口
８２に対する急冷ガスの近接の度合および方向の
角度が、回収された生成物の平均の粒子サイズお
よび粒子サイズの分布を選択的に決定するだろ
う。マニホルド２６は頂部の壁８６にスライドで
きるように乗せられるので、急冷リングおよびマ
ニホルドアセンブリーは排出ポート８２に対して
選択的に上下され得る。調整可能な締付けシール
２５は手で操作されうるが、頂部の壁８６を通る
点においてマニホルド部材を取り囲み、かつ取付
けは個々の急冷リングまたはリングの組合せが上
下し得るようになされる。追加の急冷リングは、
所望によつて用いられる。一般的に、もしも急冷
リングが比較的排出ポート８２に近接して位置し
ていると急冷プロセス中に生成される粒子のサイ
ズは減少されるだろう。逆に、急冷リングアセン
ブリーが排出ポート８２から比較的離れて位置し
ているならば、急冷の間に生成する粒子のサイズ
はもつと大きくなるであろう。 上述したように、急冷ガスのオリフイス９４は
リング９０の下面に位置しているので、急冷ガス
は排出ポート８２から排出される流出物の通路に
実質的に垂直の方向に向けられるだろう。急冷ガ
スの開口９２は急冷リング８８の内部表面に位置
しているので急冷ガスは排出ポート８２から排出
される流出物流と向流するであろう。急冷リング
８８からの急冷ガスの急冷効果は急冷リングを、
オリフイス９２が排出ポート８２に対面する点に
まで下げた場合に最大となる。内側の急冷リング
８８が、排出ポート８２の幾分上に位置せしめら
れるならば、開口９２は、急冷リング９０におけ
るオリフイスと同様に、急冷リング８８の下面に
位置されうる。 下部反応器６８への入口に対する上部反応器５
８の出口６２のサイズと関連して、間隔をおいて
配置された下部反応器の排出ポート８２のサイズ
および数は上部反応器５８と下部反応器６８との
間のみならず、もつと重要なことには、両方の反
応室を含む反応域と急冷域８４との間に差圧と温
度差とをもたらす。原料は全反応域において実質
的に完全に蒸発される。なんとなれば、２つの反
応器の間の圧力差および温度差が、上部反応器５
８中でプラズマガスと原料との激しく、かつ完全
な混合を惹き起してプラズマガスから原料への熱
の移動を最大にするからである。実質的に全ての
原料が上部反応器中で迅速に混合され、かつ、蒸
発される。下部反応器は、必要ならばプラズマガ
スと原料との混合物に、反応ガスの導入のための
場所、ならびに上部反応器５８において蒸発しな
かつた原料を実質的に完全に蒸発させるための滞
留時間を提供するような形およびサイズとされ
る。 排出ポート８２は、少数の粒子が全反応域を蒸
発しないで通過してしまう傾向を抑制するように
設けられ、事実、その傾向はポート８２が開口６
２の軸に対して垂直な場合、最少となる。排出ポ
ートは、また、反応域と急冷域８４との間に温度
差および圧力差を付与する。また、もちろん、流
出物の急冷室への排出の仕方は、主として排出ポ
ートの位置により決定される。反応域を構成する
２つの室における温度と圧力とはこれらの室にお
ける凝縮と好ましからざる粒子の生成を防ぐよう
な値に保たれる。急冷室８４の円錐壁の形状（第
２図に示されている）は、効果的な急冷におい
て、下部反応器６８からの、蒸発された原料を微
粒子の形に凝縮させるのに役立つ。生成物の効率
的な回収は、サイクロン、バグハウスまたは類似
の回収法を用いる公知の手法により達成される。 原料が珪酸塩、または還元され、引続いて酸化
さるべきその他の物質である場合、その場での反
応体はポート８２を通つて排出されるに先立つて
十分な混合と反応とを行なわせるに有効な滞留時
間で反応域６８を通つて運ばれる。 第４図および第５図は、急冷室８４に関連して
急冷リング８８および９０の典型的な配置を説明
する。複数の穴または開口が頂部８６に設けら
れ、マニホルド供給管（図示されない）がヘツダ
ーパイプ９６の各々に接続されることができる。
これらのヘツダーパイプは間隔をおいて配置され
た急冷リング、例えば８８，９０，８３，８５，
８７，８９，９１および９３に連結される。バル
ブ９５は各々のヘツダー９６に連結されて急冷ガ
スまたは液体は、目的生成物において望まれる特
殊の粒子サイズ分布および平均粒子サイズによつ
て１またはそれ以上の同心的に配置された急冷リ
ングを通して選択的に導かれる。急冷リングのい
ずれか１またはそれの組合せは急冷ガスを導入す
ることができる。各々の場合、急冷リングには、
第３図に説明されているように、急冷リング８８
および９０における９２および９４のような間隔
をおいて配置されるオリフイスが設けられてい
る。急冷リング８８および９０において、間隔を
おいて配置されている開口についてと同様に、リ
ング８３，８５，８７，８９，９１および９３に
は下部反応室６８からの流出物の流れの方向と関
連して望みの流れの方向を与えるように開口が設
けられている。 排出ポート８２から排出されるとき、流出物
は、流出物中に同伴および含有されている蒸発さ
れた生成物を細かくわかれた形で凝縮するよう
に、１またはそれ以上の同心的に配置された急冷
リングから角度をもつて導かれる急冷媒体の１ま
たはそれ以上の流れと出合う。急冷ガスの排出
が、排出ポート８２から排出される流出物に近け
れば近いほど、捕集される目的生成物の平均サイ
ズおよび分布平均は小さくなる。比較的小さな急
冷リングがポート８２の比較的近くにおいて作動
すると、その運転から生じた生成物の平均粒子サ
イズは最小となつて、ミクロン以下の範囲となり
得る。平均粒子サイズおよび分布を最大にするに
は排出ポートからもつとも離れた急冷リングが作
動せしめられる。急冷リングの反応器排出物に対
する関係および回収された生成物への影響の例が
提示されるが、一般に、ポート８２からの流出物
に対する急冷ガスの容積比は１：１から10：１の
範囲である。 第６，７および８図においては、別の実施態様
が例示される。この実施態様では実質的に均一な
直径をもち、第２の反応域１０８を形成する下部
反応器と連絡する反応域１０４を形成する上部反
応器１０２を含む。この反応域１０４および１０
８は減少する直径をもち、下部反応器１０６中に
耐火性のライナー１１２により形成される移行域
１１０により連絡される。プラズマヘツドは示さ
れていないが、第３図に示されたように、下部反
応器１０６を取り囲む急冷域１１６の頂部境界を
形成する上部フランジ１１４の上に位置するであ
ろう。第２反応域への入口１１８から酸素または
還元剤が導入される。下部反応器１０６は、周辺
に、急冷域１１６中へ開口する、間隔をおいて配
置された排出ポートまたはオリフイス１２０をも
つている。 この例では、間隔をおいて配置された出口ポー
トまたは開口１２０は周囲の急冷域１１６に面す
る端が大きい、傾斜したものである。第３，４お
よび５図における如く、種々の直径の同心の急冷
リングは排出ポート１２０を取囲んでいる。 第９図においては、第２の別の急冷リングの配
置が図解して説明されている。こゝで、第１反応
器１２４は第２反応器１２６と連絡している。た
だ１個の排出ポートまたはオリフイス１２８は急
冷域１３０と連絡している。第２反応器と急冷域
との間の圧力差および温度差は特異な排出オリフ
イス１２８のサイズによつて適当に保持される。
オリフイス１２８の壁は電熱エレメント１３２に
よつて加熱されて、オリフイスの周囲または内部
での凝縮または凝縮した固体の蓄積を防ぐ。一組
の急冷リング１３４と１３６が、オリフイス１２
８から間隔を置いて、かつ、それと同心に、急冷
域１３０の内部に、適当に支持される。すなわ
ち、急冷リングは、オリフイスの軸と実質的に一
例に並べられた軸をもち、オリフイスの中心軸に
垂直な平面内にある。 間隔を置いて配置され、内方へ向けられた開口
１３８および１４０が、オリフイス１２８から排
出される流出物の流路中に急冷媒体を放射状に内
方へ向けるように、急冷リング１３４および１３
６中に設けられる。急冷リング１３４および１３
６は共通の急冷媒体供給装置から支持され、それ
と連絡している。アセンブリーはオリフイス１２
８の縦軸に沿つて調整可能である。装置およびプ
ロセスの操作および遂行能力は本発明の他の実施
態様につき記載されたと同様である。 第１０図は反応室と急冷室との間の圧力差およ
び温度差を選択的に調整することができ、所望に
よりバルブを設けたオリフイスを図解的に説明す
るものである。この図では、反応器１４４の下部
は、加熱しても、またはしなくともよい、急冷域
１４８と連絡する単一の排出ポート１４６を有す
るものとして示されている。孔１５０を有する支
持体１４５が排出ポート１４６の反対側に設けら
れている。バルブステム１５２が孔１５０の中に
スライド可能に配置せしめられる。ステム１５２
は構成部分である傾斜したバルブを備え、そして
示されていない手段によるステムの運動は、排出
ポート１４６に関連してヘツド１５４の位置を有
効排出面積を変えて調整する。バルブステム１５
２は、その上に粒子が生成するのを防止するため
に、電気加熱をしてもよい。反応域と急冷域１４
８との間の相対的圧力および温度は望みのサイズ
の微粒子物質を得るよう選択的に変えることがで
きる。 一連の実験が原料として１−５ミクロンの範囲
の粒子サイズの酸化アンチモン（Sb₂O₃）を用い
て行なわれた。酸化物は第３図に説明された型の
反応器中へ供給された。排出ポートまたはオリフ
イスは直径約13mm（0.5インチ）で、第３図に示
された具体例における如く、下部反応器の周囲に
間隔を置いて配置された。これらの実験の結果は
第１表中に説明されている。第１表において、
“急冷空気標準立方フイート／時（Air Quench
SCFH）”は１時間当り標準立方フイートで表わ
された急冷リングへの空気の流量を示し、“急冷
媒体比（Quench Ratio）”は、分子が系への全ガ
ス装入量マイナス急冷ガス量プラス原料（１時間
当りの立方フイートで表わされる）であつて、分
母が急冷ガス（１時間当りの立方フイートで表わ
される）である比を示し、“計算された温度℃
（Cal.Temp.℃）”は上部反応域の計算された摂氏
温度を示し、“フイード速度（Feed Rate）ポン
ド／時”はプラズマ反応器への原料送出速度（ポ
ンド／時）を示し、“反応器への酸素、標準立方
フイート／時”はプラズマ反応器に供給される酸
素量（標準立方フイート／時）を示し、また、
“粒子サイズ母集団分布、マス％−ミクロン
（Particle Size Population Distribution，Mass
％−Microns”は種々の示された範囲内で、ミ
クロンで表わされる全微粒子の回収パーセンテー
ジを示すものとして用いられる。 実験No.１において、２つの急冷リングが用いら
れた。１つは直径30cm（12″）で他は直径75cm
（30″）であつた。急冷リングは、急冷域に連絡す
る下部反応器の８個の排出ポートの上、約75−
0.6cm（30−1/4″）に配置された。実験No.２にお
いては、30cm（12″）の急冷リングは排出ポート
の上、約15−0.6cm（６−1/4″）まで下げられ、
一方75cm（30″）の急冷リングは元の高さに止め
られた。実験No.３においては、唯一の急冷リング
として排出ポート上、約５cm（2″）まで下げられ
た小さい方の急冷リングが用いられた。この場
合、排出ポートの１個は加熱され、残りの７個の
排出ポートは加熱されなかつた。加熱されたポー
トの周囲に、第９図に説明した方法で環状急冷リ
ングが配置された。第１表から、急冷リングと排
出ポートとの間の間隔が減少するに従つて、比較
的大きい粒子サイズから離れて比較的小さなミク
ロン以下のサイズの生成物へ移行することが明ら
かである。例えば、実験No.１および２を比較し
て、大部分が0.1ミクロン以下の平均サイズの粒
子サイズをもつた酸化アンチモンは、急冷ガス
が、この場合は空気、排出ポートの近くに排出さ
れる場合に得られる。また、実験No.３により、急
冷ガスが排出ポートの近くに排出されるほど、得
られる生成物の平均粒子サイズは小さくなり、ま
た、粒子サイズ分布が狭くなるという事実が経験
的に説明される。

【表】 急冷媒体の量の本発明の装置およびプロセスへ
の影響を確めるために、多数の実験が、第３図に
おいて説明された反応器の配置の型を利用してな
された。これらの実験のデータはカラムの表示が
第１表におけると同様である第２表に示されてい
る。間隔をおいて配置された直径1.3cm（1/2″）
の８個の排出ポートおよび単一の直径の急冷リン
グが用いられた。急冷リングは各実験において排
出ポート上、約15−0.6cm（６−1/4″）から15−
1.3（６−1/2″）に配置された。原料は代表的な
粒子サイズが１−５ミクロンの範囲の酸化アンチ
モンであつた。 第２表から、この特殊な例では、空気である急
冷媒体の比が反応器から排出される流出物の量に
比例して増加するに従つて、粒子サイズ分布は減
少し、かつ平均粒子サイズは小さくなる。

【表】 もう一連の実験が第９図に説明された型の配置
の反応器を用いて行なわれた。この具体例では、
15mm（6″）の急冷リングは唯一の排出ポートから
約2.5mm（1″）に位置せしめられ、22.5cm（9″）
の急冷リングが排出ポートから約５cm（2″）すな
わち15cm（6″）の急冷リングから約５cm（2″）の
ところに置かれた。急冷リングのオリフイスは、
急冷媒体を排出ポートから排出される流出物の流
路に向けて、かつ、その中へ向けるように配置さ
れた。すなわち、急冷媒体の流れの方向は、排出
ポートからの流出物の流れに向流の一要素と、そ
の流出物の流れの方向に垂直の一要素とを含んで
いる。実験No.６，７および８に用いられた原料は
フイツシヤー平均粒子サイズが1.3ミクロンで、
かつ、市販の高チントの酸化アンチモンである。
これらの実験結果は第３表に示されている。第３
表において、カラムの表示は第１表のそれらと同
じである。 第４表には第３表に示された実験の操作パラメ
ーターが表示されている。データは第１図に示さ
れた一般的な系についての記述と関連させられて
おり、第４表の左側のカラムにおける引用番号は
第１図に示された装置の構成要素を同定してい
る。

【表】

【表】

【表】

【表】 ＊ 第３表のデータの繰り返し。
本発明の実施化には種々の方法が可能である。
異なつた原料並びに構成および設備材料における
変更は本発明の範囲から離れることなくなされ得
ることは当業者には自明であろう。幾つかの例に
おいて金属酸化物を原料として使用することがで
き、またその他の例においてはハライドを単独
に、または酸化が単一のまたは混合酸化物粒子の
生成をともなつて同時に起こる別の酸化性物質と
ともに用いることができる。 幾つかの例では、酸素および／または酸化性物
質は酸化アンチモンにつき前述された方法によつ
て、その方法においては選択された粒子サイズを
もつた所望の酸化物を得るように、化学量論的作
用が保持される反応域に供給される。 酸化亜鉛を原料とするこのような一つの例をつ
ぎに示す。第３図に示されたような反応器を用い
て、酸化亜鉛が蒸発させるに十分な温度（例え
ば、1975℃以上）に保ちながら反応器中に供給さ
れる。流出物は反応室を通して急冷域中に向けら
れ、予め定められた平均粒子サイズおよび粒子サ
イズ分布の酸化亜鉛が回収される。 いま一つの例では、沸点2230℃の二酸化珪素の
ような原料が第３図の配置の反応器に供給され
る。反応器の設計は操作温度によつて変り、ここ
では、ジルコニアが反応器のライナーとして用い
るに適した材料である。代表的には、比較的高温
の反応器は比較的低温の反応器より小さいが、二
酸化珪素のような原料を用いてさえ、制御されう
る平均粒子サイズおよび粒子サイズ分布をもつた
生成物を得ることができる。 比較的大きな粒子サイズの生成物を製造するこ
とは可能ではあるが、ミクロン以下のサイズの生
成物を得ることが、よりしばしば目的となる。酸
化スズ、酸化チタン、酸化鉄、および酸化タング
ステンを含む種々の原料が使用されうる。そし
て、上記されたように、操作パラメーターおよび
装置の構成要素の物理的配置を選択的に変更する
ことにより生成物の粒子サイズを選択しうる。す
なわち、第一に急冷域において0.14または0.21
Kg／cm²Ｇ（２または3p.s.i.g）の差圧を保持する
ことによつて、第二に急冷域中に排出される流出
物に近接して急冷媒体を供給することによつて、
かつ、第三に急冷ガスの容積を流出物の容積に近
く制御することによつて、回収された生成物の粒
子サイズおよびサイズの範囲は選択された値に保
持されうる。いくらかの相互作用が起るが、パラ
メーターは上述されたような、比較的大きいまた
は小さい範囲でもつと大きいまたは小さい生成物
粒子サイズへの変化によつて、独立に、または共
同して調整されうる。 酸化剤（または原料のタイプによつて還元ガ
ス）を第２反応室中に導入しうることが注目され
た。酸化アンチモンまたは酸化亜鉛のような原料
に関する限り、酸化剤は、粒子サイズの制御に対
するよりむしろフイードガスの窒素が蒸発した原
料からの酸素と結合するのを防ぐために少量で有
用である。このような条件において、特に酸化ア
ンチモンでは、脱色された生成物が得られうる。 気体の急冷媒体に関連してシステムが記述され
た。しかしながら、液体による急冷を、織物処理
のような或る種の工業プロセスにおいて有用なコ
ロイド状懸濁液を調製するのに用いうるであろ
う。例えば、第２図の装置において、水による急
冷がマニホルド２６を通して行うことによつて排
出ポート１６からの流出物は水とコロイド状の懸
濁液を生成することができるだろう。この懸濁液
は急冷タンク１８の底部から直接に回収してもよ
い。フイルター３２およびその他の下流の装置は
必要ないであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプロセスおよび装置の好まし
い形のブロツクダイヤグラムであり、第２図は本
発明の装置のプラズマ発生器、反応域および急冷
域の部分の部分断面図であり、第３図は第１図に
図示されたプロセスを実施するに当つて用いられ
る装置の重要構成要素の図解断面図であり、第４
図は急冷域の環状急冷部材の部分図であり、第５
図は第４図の５−５線に沿つた横断面図であり、
第６図は本発明のもう一つの、代わりの構造の具
体例の横断面の部分図であり、第７図は第６図の
７−７線に沿つた横断面図であり、第８図は第６
図の８−８線に沿つた横断面図であり、第９図は
そこにおいて急冷ガスが半径方向に向かうところ
の電気加熱された流出物の排出ポートを示す本発
明の装置の微細な点の説明図であり、そして第１
０図は大きさが調整できる排出ポートの説明図で
ある。 ２……フイーダー、４……キヤリヤーガスライ
ン、６……プラズマアーク発生器、８……キヤリ
ヤーガス入口、１０……カソード、１２……アノ
ード、１４……反応域、１８……急冷室、２８…
…急冷ガス供給装置、３２……バグハウス、４０
……スクラツパー、４６……スクラツピング溶液
タンク、４８……ポンプおよび導管、５４……プ
ラズマ流中央流路、５６……原料、キヤリヤー入
口ポート、５８……上部反応器、６８……下部反
応器、８２……排出ポート、８８，９０……急冷
管、１０２……上部反応器、１０４……反応域、
１０６……下部反応器、１０８……第２反応域、
１１０……移行域、１１６……急冷域、１１８…
…入口、１２０……排出ポート、１２４……第１
反応器、１２６……第２反応器、１２８……排出
ポート、１３０……急冷域、１３４，１３６……
急冷リング、１４４……反応器、１４６……排出
ポート、１４８……急冷域、１５２……ステム、
１５４……ヘツド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 比較的粗大な原料酸化物粒子から制御された
   平均大きさと大きさの範囲とをもつた比較的微小
   な酸化物粒子を製造するに当つて、該原料の蒸発
   温度に比較して高温のプラズマ反応域を設け、該
   原料を該プラズマ反応域中に導入して実質的に完
   全に蒸発した形で該原料を含む流出物を生成さ
   せ、該流出物をプラズマ反応域の圧力よりも低い
   圧力の急冷域に通し、かつ、該急冷域において急
   冷媒体を該流出物に対して用いて前記比較的微小
   な酸化物粒子を該粒出物流から凝縮させることを
   特徴とする酸化物粒子の製法。 ２ 前記急冷媒体を前記流出物に対して容積比で
   １：１から10：１で用いることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 前記急冷媒体を前記流出物に対して向流で用
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 ４ 前記プラズマ反応域に導入される原料が前記
   反応域内で比較的高い圧力の第１室から、前記急
   冷域の圧力よりも高い圧力を有するが比較的低圧
   の第２室へ通されることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ５ プラズマ反応器と連絡し、比較的粗大な酸化
   物からなる原料を蒸発させ、かつ流出物を生成さ
   せるに有効な温度のプラズマ環境を生成させるよ
   うに操作できる第１反応室、該第１反応室への入
   口および出口、該第１反応室の出口と流体が通過
   しうる連絡を有する入口をもつた第２反応室、該
   第２反応室中に形成された流出物出口、該流出物
   出口と流体が通過しうる連絡を有し、かつ、その
   出口を囲む急冷室、該急冷室において、該流出物
   出口から間隔をおいて配置され、かつ、その出口
   を囲む少なくとも１個の急冷媒体排出通路であつ
   て、この急冷媒体排出通路は、該流出物出口から
   排出される流出物に酸化物微粒子物質を凝縮させ
   るために、該流出物に急冷媒体を供給し、かつ、
   向かわせるように位置するもの、およびこの酸化
   物微粒子を該急冷室から集めるための手段からな
   ることを特徴とする酸化物粒子の製造装置。 ６ 前記急冷媒体排出通路の少なくとも１個の位
   置が前記流出物出口の位置によつて選択的に決定
   されることを特徴とする特許請求の範囲第５項記
   載の装置。 ７ 前記流出物出口を囲む前記急冷室中に、前記
   流出物出口および第１の急冷媒体排出通路から間
   隔をおいて少なくとも１個の追加急冷媒体排出通
   路をさらに設けることを特徴とする特許請求の範
   囲第５項記載の装置。 ８ 前記両方の急冷媒体排出通路が該急冷媒体を
   該排出物の通路中に向けるための通路に沿つて間
   隔を置いて配置された複数のオリフイスを有する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の装
   置。 ９ 前記急冷室が円錐形である特許請求の範囲第
   ８項記載の装置。 １０ 前記流出物出口が前記第２反応域を前記急
   冷域に連結する１個の出口を有することを特徴と
   する特許請求の範囲第５項記載の装置。 １１ 前記急冷媒体排出通路の外形が環状体であ
   る特許請求の範囲第１０項記載の装置。 １２ 前記急冷媒体排出通路の環状体の軸が、前
   記排出物出口の軸と実質的に同軸に配置されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１１項記載
   の装置。 １３ さらに、前記１個の出口を囲む表面を加熱
   するための装置を有することを特徴とする特許請
   求の範囲第１０項記載の装置。 １４ さらに、前記１個の出口の有効な大きさを
   変えてその出口を通る流出物の量を変えるための
   手段を有することを特徴とする特許請求の範囲第
   １３項記載の装置。